微型機原理與應用 第 次課

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授　課　內　容

1．知識的回顧與問題的引出

上次課我們學習了80X86系列微處理器的發展及微處理器的主要技術指標，重點學習了16位微處理器8086的內部結構及寄存器結構，我們知道8086的內部由兩個部件組成，一個是BIU，負責所有的總線操作，另一個是EU，負責譯碼和執行指令的操作，這兩個部件既相互配合，又相互獨立，使得8086的指令可以以流水線的方式執行，提高了指令執行速度。

2．指令周期、總線周期和時鐘周期

每條指令的執行由取指令、譯碼和執行等操作組成，執行一條指令所需的時間稱為指令周期，不同指令的指令周期是不等長的。

8086CPU與外部交換信息總是通過總線進行的。CPU的每一個信息輸入、輸出過程需要的時間稱為總線周期，每當CPU要從存儲器或輸入輸出端口存取一個字節或字就需要一個總線周期。一個指令周期由一個或若干個總線周期組成。

而執行指令的一系列操作都是在時鐘脈沖CLK的統一控制下一步一步進行的，時鐘脈沖的重復周期稱為時鐘周期。時鐘周期是CPU的時間基準，由計算機的主頻決定，例如，8086的主頻為5MHz，則1個時鐘為200ns。

8086CPU的總線周期至少由4個時鐘周期組成，分別以T1、T2、T3和T4表示，如圖2-12所示，T又稱為狀態。圖2-12 8086CPU的總線周期

一個總線周期完成一次數據傳輸，至少要有傳送地址和傳送數據兩個過程。在第一個時鐘周期T1期間由CPU輸出地址，在隨后的三個時鐘周期(T2、T3和T4)用以傳送數據。換言之，數據傳送必須在T2～T4這三個周期內完成，否則在T4周期后，總線將作另一次操作，開始下一個總線周期。

在實際應用中，當一些慢速設備在三個T周期內無法完成數據讀寫時，那么在T4后總線就不能為它們所用，會造成系統讀寫出錯。為此，在總線周期中允許插入等待周期TW。當被選中進行數據讀寫的存儲器或外設無法在三個T周期內完成數據讀寫時，就由其發出一個請求延長總線周期的信號到8086CPU的READY引腳，8086CPU收到該請求后，就在T3和T4之間插入一個等待周期TW，加入TW的個數與外部請求信號的持續時間長短有關，延長的時間TW也以時鐘周期T為單位，在TW期間，總線上的狀態一直保持不變。

如果在一個總線周期后不立即執行下一個總線周期，即總線上無數據傳輸操作，系統總線處于空閑狀態，此時執行空閑周期Ti，Ti也以時鐘周期T為單位。在空閑周期期間，20條雙重總線的高4位A19/S6～A16/S3上，8086CPU仍驅動前一個總線周期的狀態信息，而且如果前一個總線周期為寫周期，那么，CPU會在總線的低16位AD15～AD0上繼續驅動數據信息D15～D0；如果前一個總線周期為讀周期，則在空閑周期中，總線的低16位D15～D0處于高阻狀態。

基本的周期由4個T周期組成――T1、T2、T3和T4。T1為地址周期。CPU通過地址/數據(或地址/狀態)復用總線發出地址信息，指示要尋址的存儲器單元或者I/O的地址。T2為緩沖周期。例如，在總線讀周期，CPU在T2撤銷低16位地址信號，使該組信號線浮空，準備接收存儲器或I/O的數據。　　T3為數據周期。數據出現在復用總線的低16位上。　　T4 總線周期結束。當所選中的存儲器和外設的存取速度較慢時，則在T3和T4之間插入1個或幾個等待周期TW。當8086CPU進行存儲器或I/O端口讀操作時，總線進入讀周期，8086的讀周期時序如圖2-13所示。

圖2-13 8086讀周期時序當8086CPU進行存儲器或I/O接口寫操作時，總線進入寫周期，寫周期時序如圖2-14所示。

圖2-14 8086的寫周期時序

4．8086的引腳及功能8086CPU具有40條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖2-8如示。為了適應各種使用場合，8086CPU可在兩種模式下工作(最小模式和最大模式)。在不同模式下工作時，部分引腳(第24～31引腳)會具有不同的功能。圖2-8括號中為最大模式時引腳名稱。

1) 地址／數據復用總線AD15～AD0

分時復用的地址數據總線，具有雙向、三態功能。用于輸出低16位地址A15～A0和輸入輸出數據D15～D0。在總線周期的第一個時鐘周期Tl用來輸出要訪問的存儲器單元或I／O端口的低16位地址A15～A0，而在總線周期的其它(T2～T3)時鐘周期，對于讀周期來說是處于懸浮(高阻)狀態，對于寫周期來說則是傳送數據。為了減少芯片上的引腳數目，8086CPU采用了分時復用的地址數據總線。2) 地址/狀態復用總線A19/S6～A16/S3

分時復用的地址狀態線，具有輸出、三態功能。在總線周期的第一個時鐘周期T1用來輸出要訪問的存儲器的20位物理地址的最高4位地址(A19～A16)，與A15～A

總結

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